《人类疾病动物模型》PPT课件.ppt

人类疾病动物模型 人类疾病动物模型是指生物医学研究中所建立 的具有人类疾病模拟表现的动物实验对象和相关实 验材料。 人类疾病动物模型的研究，实质上是有关实验 动物的应用科学。研究人员利用各种动物的生物学 特性和疾病特点与人类疾病进行比较研究，从而加 强对人类疾病的发生过程、机制乃至防治的认识。 因此，在生物医学研究中正确使用动物模型， 受到广大科技工作者重视。 第一节 人类疾病动物模型概述 一、意义 1避免了人体实验造成的危害。 据专家统计，假如731部队所生产的细菌都能“ 成功”起作用的话，其数量足够杀死全人类！ n侵华日军第731部队罪证遗址位于哈尔滨市平房区，占地面积610 万平方米，二战期间，日本法西斯在这里建立了一支世界战争史 上规模最大的细菌战部队，这里同德国纳粹的奥斯维辛集中营并 称为世界两大灭绝人寰的杀人魔窟。 设立于1936年，其所在地当年是禁区，飞机不准在上空飞行，火 车经过这里时必须在前一站放下窗帘，如果有人误入这块禁区， 等待他的便是生命的断头台，人们把这块神秘的地方叫做“六十里 地国境线”。 在长达12年的时间里，日军在这里残害无数无辜百姓，仅在试验 室内以活人做试验的惨案，就残杀中国人、苏联人和蒙古人至少 3000名。 731部队罪证遗址是日本法西斯侵略中国的历史见证，是揭露侵 华日军战争罪行和进行爱国主义教育的历史教材。 2可提供发病率低、潜伏期长和病程长的 疾病材料。 3可以严格控制实验条件，增强方法学 上的可比性。 4可便于样品收集和简化实验操作。 5有助于全面地认识疾病的本质。 二、分类 （一）按产生原因分类 1实验性或诱发性动物模型 是指使用物理、化学、 生物等致病因素作用于动物，造成动物组织、器官或 全身一定的损害，出现某些类似人类疾病的功能、代 谢或形态性结构方面的病变，即人为地诱发动物产生 类似人类疾病的动物模型。 2 自发性动物模型 是指实验动物未经任何有意识的 人工处置，在自然情况下动物自然发生或由于基因突 变的异常表现经遗传育种保留下来的动物疾病模型。 3抗疾病型动物模型 是指特定的疾病不会在某种动 物身上发生，因而可以用来探讨为何这种动物对该疾 病有天然的抵抗力。 4生物医学动物模型 是指利用健康动物固有的生 物学特征来提供人类疾病相似表现的动物模型。 (二)按系统范围分类 1疾病的基本病理过程动物模型 是指具有各种疾病共同的一些病理变化过程表现 的动物模型。如：发热、炎症、休克、电解质紊乱等 。 2各系统疾病动物模型 是指与人类各系统疾病相应的动物模型。如：神经 、心血管、呼吸、消化、泌尿等系统疾病相应的动物 模型。 (三)按中医药体系分类 根据中医证分类，动物模型可分为阴虚、阳虚、气 虚、血虚、脾虚和肾虚动物模型、厥脱证动物模型等 。 三、设计原则和评估 （一）设计复制动物模型应遵循以下原则 ： 1相似性 2重复性 3可靠性 4适用性和可控性 5易行性和经济性 9二 （二）评估 一个理想的疾病动物模型应具有以下特点： 1、能再现所要研究的人类疾病，即动物疾病表现与人 类疾病相似。 2、动物可重复产生该疾病，最好能在两种或两种以上 的动物身上复制该疾病。 3、动物背景资料完整，等级合格，生命周期能满足实 验需要。 4、动物要价廉、来源充足、便于运送。 5、尽可能选用小动物。 四、复制方法及其注意事项 1、生物因素如细胞、细菌、病毒，寄生虫、生物毒素 、激素等作为致病原，可通过接种使健康动物发生 疾病。 2、不同的物理因素作用于动物可复制出不同的疾病模 型。 3、化学因素可直接或间接(通过代谢)引起动物致病， 造成组织、器官或全身损害，出现某些类似人类疾 病的功能、代谢、形态结构方面的变化。如用各种 化学致癌物诱发各种肿瘤，用各种化学毒物或毒气 诱发各种中毒性疾病。 不同致病因素使动物所产生的临床症状和发病情 况是不同的，研究者应根据研究的需要，有针对性地 选择恰当的致病因素和实验方法。 动物的遗传背景、性别、年龄等对模型复制也有 一定的影响不同品种，性别、年龄的动物存在剂量 、耐受性和副作用等差异，复制动物模型应注意选用 标准化和有实用价值的动物。 近交系动物由于存在近交衰退、自发性疾病多有 可能因育种或环境的改变而发生基因突变及遗传漂变 等缺点，需慎重选用。 此外，动物模型复制的成败还与环境因素密 切相关。动物饲料、所处的居住场所、光线、温 度、湿度、噪声等任何一项被忽视都可能带来严 重影响。 复制过程中实验操作如固定、麻醉，手术、 药物和并发症等处置不当，同样会产生不良的后 果，因此在复制模型时应充分考虑环境因素和操 作技术。 第二节 常用动物模型的复制 一、肿瘤动物模型 已知的肿瘤动物模型种类很多，可分为三大类： 1.自发性肿瘤动物模型 是指实验动物未经任何有意识的人工处置，在自 然情况下发生肿瘤所形成的模型。 自发性肿瘤动物模型多来自近交系动物，如A系 和C3H系小鼠自发性乳腺癌、Afb、C58和AKR等品系小 鼠自发性白血病、兔的自发性乳头状瘤等。其中以小 鼠的各种自发性肿瘤在肿瘤实验研究中应用较多。 2诱发性肿瘤动物模型 是用致癌因素在实验条件下诱发出动物肿瘤所形 成的模型。由于诱发因素和条件可人为控制，诱发率 远高于自然发病率，故在肿瘤实验研究中较自发性肿 瘤动物模型更为常用。 (1)肝癌 1) 二乙基亚硝胺(DEN)诱发大鼠肝癌。 2) 4-二甲基氨基偶氮苯(DMAAB)诱发大鼠肝癌。 3) 邻位氨基偶氮甲苯(O-AAT)诱发小鼠肝癌。 4) 黄曲霉素B1(AFB1)诱发大鼠肝癌。 (2)胃癌 1) 甲基硝基亚硝基胍(MNNG)诱发小鼠胃腺癌。 2) 用 3-甲基胆蒽(MC) C线结穿挂小鼠腺胃诱发胃腺癌。 (3)肺癌 1) 二乙基亚硝胺(DEN)诱发小鼠肺癌。 2) 乌拉坦诱发肺腺癌。 (4)膀胱癌 1) N-4(5-硝基-2-呋喃)-2-噻唑基甲酰胺(FANTF) 诱发大鼠膀胱癌。 2) N-丁基-N-4-羟(基)丁基亚硝胺(BHBN)诱发大鼠 膀胱癌。 (5)结肠癌 二甲基苄肼(DMH)可诱发大鼠结肠癌。 3移植性肿瘤动物模型 是指将动物或人体肿瘤移植同种或异种动物连续 传代而培养出的模型。 肿瘤移植于健康动物，相当于活体组织培养，可 长期保存瘤种，供实验所用。目前临床所用的抗肿瘤 药物大多数是经移植性肿瘤动物模型筛选而发现的。 建立移植性肿瘤动物模型最主要的问题是宿主对 移植物产生免疫排斥反应。 实验中常用大鼠小鼠为实验对象，以腹水瘤和 实体瘤两种方式建立移植性肿瘤动物模型。 二、神经系统疾病动物模型 1脑出血动物模型 （1）在动物脑内直接输注抗凝或半抗凝的自体血。 （2）利用自发性高血压(SHR)SP亚型大鼠进行诱发。 （3）用胶原酶诱发脑出血 。 2癫痫动物模型 最实用的癫痫动物模型为点燃效应模型。 3帕金森病动物模型 （1）旋转大鼠模型 （2）N-甲基-4-苯基-1,2,3,6四氢吡啶(MPTP)所致的 灵长类动物模型 三、呼吸系统疾病动物模型 1慢性支气管炎动物模型 复制慢性支气管炎动物模型，常选用大鼠、豚鼠 或猴吸人刺激性气体(如SO2，氯，氨气等)、烟雾或细 菌感染及多种复合性刺激(如细菌加烟雾)来进行。认 为猪是复制人类慢性支气管炎较合适的动物。 2支气管哮喘动物模型 激发动物支气管哮喘发作的致敏原有卵白蛋白、 血小板激活因子、蛔虫、天花粉、平菇孢子、内毒素 、腺苷和化学物质如甲苯二异氰酸甲酯，邻苯二甲酸 苷和乙二胺等。常选用豚鼠复制过敏性哮喘。 3肺气肿动物模型 动物气管内或静脉内注入木瓜蛋白酶、菠萝蛋 白酶、败血酶、胰蛋白酶以及由脓性痰和白细胞分 离出来的蛋白溶解酶等，均可引起兔等动物肺气肿 。以木瓜蛋白酶诱发的实验性肺气肿病变明显而且 典型，是常用的建模方法。 四、消化系统疾病动物模型 1胃肠溃疡动物模型 给动物投服或注射一定量的组织胺、胃泌素，肾 上腺类固醇、水杨酸盐、血清素、利血平、保泰松等 ，均可造成动物胃肠溃疡。如：给豚鼠小剂量的组织 胺，连续数天，可引起胃、十二指肠、食管等发生溃 疡；利血平、血清紧张素、阿司匹林等，诱发大白鼠 或小白鼠的胃溃疡。 2幽门螺杆菌感染动物模型 常用家猪和无特异病原体(SPF)小鼠口服幽门螺杆 菌（Hp）制成Hp感染动物模型。 3病毒性肝炎动物模型 树鼬是较常用的病毒性肝炎动物模型。鸭作为肝 炎模型也开始增多。 4胆石症动物模型 复制胆石症动物模型的方法主要有蛔虫卵或大肠 杆菌悬液感染法、高糖和不含非饱和脂肪酸食饵法诱 发等。 五、心血管系统疾病动物模型 1动脉粥样硬化动物模型 较常用的动物有兔、鸡、鸽、犬、大鼠、小鼠和 猴等。复制的方法也很多，可分为高胆固醇饲料喂养 和非喂养法两大类。 2心肌梗死动物模型 复制心肌梗死动物模型大多选用哺乳动物，其中 最常用的是犬，其他还有兔、小牛、猪、豚鼠、大鼠 等。结扎冠状动脉是制作心肌梗死动物模型最常用的 方法。 3高血压动物模型 高血压的动物模型较多，常用犬或家兔复制肾 动脉狭窄性高血压模型。 犬、家免或大鼠在隔音环境下用电刺激和条件 噪声刺激相结合，可造成动物高度紧张状态，形 成神经源性高血压。 自发性高血压(SHR)大鼠。 六、泌尿、内分泌系统疾病动物模型 1肾小球肾炎动物模型 肾毒素性肾小球肾炎，给予异种抗肾血清。 血清病型肾炎，又分为急性和慢性两种，给予大量 异种血清。 抗原抗体复合物型，也称加速型抗肾小球基底膜肾 炎，给予抗基底膜血清加脂多糖。 细菌抗原与肾组织抗原致病型，也称L型细菌诱发 模型。 2急性肾盂肾炎动物模型 该模型一般采用把细菌注入动物泌尿系统的方 法复制。 3泌尿系结石动物模型 (1) 乙二酰胺饲喂法诱发大鼠及实验兔泌尿系结石。 (2) TPA和DMT饲喂法诱发大鼠泌尿系结石。 4甲状腺疾病动物模型 主要以外源投予甲状腺激素和抗甲状腺药物来 建立。选用的动物有大鼠、Beagle犬等。 5糖尿病动物模型 常用的复制方法主要有： （1）注射高血糖因子，如胰高糖素、糖皮质激素等。 （2）手术术切除胰腺的全部或大部分，并给予高糖饮 食，引起继发性永久性糖尿病。 （3）注射化学物质，如链脲佐菌素、四氧嘧啶等，破 坏胰岛细胞，造成胰性糖尿病。 （4）注射根皮苷使肾小管耐糖的再吸收发生障碍并破 坏酯酶，致使葡萄糖磷酸化过程和脱磷酸过程障 碍，引起根皮苷糖尿病。 （5）病毒诱发。鼠脑炎、心肌炎病毒M型变异可诱发 许多品系成年小鼠糖尿病 。 （6）筛选、引种，繁殖自发性及遗传性糖尿病动物等 。 第四节 免疫缺陷动物模型 一、概述 免疫缺陷动物模型是指由于动物体内免疫系统缺 陷而致动物发生疾病的模型 。 由于已发现和人工培育的免疫缺陷动物越来越多 ，根据动物体内免疫系统缺陷的程度和性质不同， 将其分为五大类： 1.T淋巴细胞功能缺陷的动物模型。如裸小鼠。 2.B淋巴细胞功能缺陷的动物模型。如CBA/N小鼠。 3.其他免疫细胞功能缺乏动物模型。如Beige小鼠。 4.联合免疫缺陷动物模型。如SCID小鼠。 5.获得性免疫缺陷病动物模型。如猴爱滋病模型。 二、各类免疫缺陷动物模型的特点 (一)T淋巴细胞功能缺陷的动物模型 1裸小鼠 裸小鼠的主要特征是无毛、裸体和无胸腺，发育 迟缓 ，缺乏成熟T细胞的免疫功能。裸小鼠B淋巴细 胞正常，但功能有欠缺 ，免疫球蛋白主要是lgM，只 有少量IgG。抵抗力差，易患病毒性肝炎和肺炎，因 此饲养和繁殖条件要求比较严格。 国内常用品系为BALB/C-nu/nu、Swiss -nu/nu、 Nc-nu/nu等。利用育种技术将裸基因(nu)导人近交 系小鼠，已培育出20余种近交系裸鼠。 2裸大鼠 裸大鼠一般特征似裸小鼠，无胸腺正常结构，只 见胸腺残体；淋巴结、脾等胸腺依赖区的淋巴细胞缺 失，但头、四肢和躯干仍有稀少被毛并非像裸小鼠那 样完全无毛，繁殖方法与裸小鼠相同。裸大鼠与裸小 鼠一样对许多传染病易感，但在适宜环境下，比裸小 鼠更强壮，寿命更长。裸大鼠具有体型较大、取血量 多、可行某些外科小手术等优点。 3其他T细胞缺陷动物 有无毛牛和无毛豚鼠等。无毛豚鼠可用来代替裸 小鼠和裸大鼠，适合肿瘤移植和生长研究或外科手术 ，也是皮肤病和巨细胞病毒(CMV)研究的有用模型。 垂体功能减退的侏儒小鼠，是研究内分泌和免疫 系统关系的良好模型。 （二）B淋巴细胞功能缺陷动物模型 1CBAN小鼠：特点是B淋巴细胞功能减退，而T细 胞功能正常是研究B淋巴细胞的发生、功能及异质性 最理想的动物模型。 2雄性种马和1/4杂种马：特征是B淋巴细胞缺乏，T 淋巴细胞正常。 3Arabin马和Quarter马：特点是选择性IgM缺乏，这 两类马是人类选择性IgM缺乏症的理想动物模型。 4其他免疫球蛋白异常血症动物：IgG2缺乏的丹麦红 牛和IgA缺乏的鸡。 (三)其他免疫细胞功能缺陷的动物模型 1Beige小鼠 免疫学特点是内源性NK活力缺乏，中性粒细胞 对细菌的杀伤作用降低，巨噬细胞抗肿瘤作用出现 较晚，缺乏细胞毒T细胞反应，对同种、异种肿瘤细 胞的体液反应受损。 2显性半肢畸形小鼠 表现为半肢畸形(主要为前肢异常)和缺乏脾脏。 由于缺脾，体液免疫反应受到一定损害。 3无齿大鼠 其特征是：破骨细胞缺乏或减少，酸性磷酸酶明 显缺乏，是人类骨石化病理想的动物模型。 4其他细胞免疫缺陷动物 如HRSJ-hr小鼠高发淋巴瘤，无毛并伴有T细胞 异常； 巨噬细胞功能缺陷常见于C3HHeJ小鼠、AJ 小鼠、PJ小鼠； 肥大细胞缺陷见于WBB、WW小鼠等 。 (四)联合免疫缺陷的动物模型 1SCID小鼠 SCID基因纯合子小鼠T细胞和B细胞大大减少，细 胞和体液免疫功能缺陷，但巨噬细胞和NK细胞功能 未受影响。广泛用于免疫细胞分化和功能的研究，以 及异种免免疫功能重建、人自身免疫性病、免疫缺陷 病、病毒学与免疫学等方面的研究，成为一种较理想 的免疫缺陷动物模型 。 2、Motheaten小鼠 特征为对胸腺依赖和不依赖抗原均无反应，对T 和B细胞分裂素的增殖反应严重受损，细胞毒T细胞 (CTL)和NK细胞活性减低 。纯合型小鼠还伴有自身 免疫倾向，免疫复合物可沉积在肾、肺、皮肤。 3、人工培育的先天性联合免疫缺陷型小鼠 如将分布于3种小鼠的3个隐性突变基因，即致NK 细胞缺陷的bg基因、T细胞缺陷的nu基因和B细胞缺 陷的xid基因经过杂交、筛选及导入，育成了T、B、 NK细胞三联免疫缺陷的Beigenudexid小鼠。 (五)获得性免疫缺陷病模型 1猴获得性免疫缺陷综合征模型 1969年美国加利福尼亚、华盛顿和英国新英 格兰等地灵长类研究中心在猴群中相继发现 了 SAIDS。其临床症状为全身性淋巴腺病、贫血、反复 腹泻、消瘦和体液及细胞免疫功能降低、淋巴细胞 减少、循环性T4(辅助/诱导性)淋巴细胞和T8(抑制 细胞毒)淋巴细胞的比例显著下降等免疫学特征， 与人类获得性免疫缺陷综合征(AIDS)十分相似，可 用来研究人类AIDS的预防、治疗和发病机制。 我国首个猴艾滋病模型建立 n 2006年10月24日从武汉大学“药物滥用和SIV感染模型”中美学术研讨会 上获悉，武大A3实验室已初步建立国内首个猴艾滋病模型。这对我国研究艾 滋病的致病机制及检测、药物筛选、疫苗研制，将具有十分重要的作用。 能否构建人猴艾滋病嵌合病毒，再重新植入猴体，成功建立猴免疫缺陷病毒 感染模型(即SIV)，成为攻克这一难题的关键所在。此前，美国已用印度猴建 立了模型。 武大拥有全国唯一获得国家认可的生物安全三级动物实验室( 即A3实验室)。从去年6月起，该实验室直接利用嵌合病毒，对建立猴艾滋病 模型开展研究。如何判别猴艾滋病模型是否建立成功？武大A3实验室主任孙 理华教授认为有这样几条：对免疫体系不可逆的破坏；出现类似于人艾滋病 患者的发烧等临床症状；血液生化的检测指标与人相似或相近；病理检查中 ，免疫器官、内脏器官遭到破坏，而且被破坏的脏器能分离出艾滋病毒。 从该实验室对5只感染病毒猴的病理解剖来看，肺部、脾脏、淋巴结等均已感 染。但建立模型是否完全成功，还要经过一段时间的检验。 2免恶性纤维瘤综合征模型 恶性纤维瘤综合征兔的免疫学特征表现为 ：严重的免疫功能抑制，淋巴细胞对有丝分裂 原的增殖反应低下，其临床症状如免疫功能缺 陷、条件致病微生物感染和播散性肿瘤等，与 人类AIDS病有不少相似之处，是人AIDS病研 究的有用的动物模型。 第五节 转基因动物模型 所谓转基因动物(transgenic animal)是指 染色体基因组中整合有人工导入的外源基因 或特定DNA片段并能将其遗传给后代的一类动 物，由于转基因既可整合到动物所有组织细 胞(体细胞和生殖细胞)的基因组中，也可只整 合到部分组织细胞的基因组，后者即称嵌合 体动物。 转基因动物 n如果动物所有的细胞都整合有外源基因，且具 有将外源基因遗传给子代的能力，通常把这类 动物称为转基因动物。 n 当外源基因在转基因动物体内表达，并培育出 其表型与人类疾病症状相似的动物模型，则称 其为转基因动物模型。 n随着转基因动物技术的出现和人类对疾病的认